WO2024058310A1 - 가로등 제어 시스템 - Google Patents

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WO2024058310A1
WO2024058310A1 PCT/KR2022/019286 KR2022019286W WO2024058310A1 WO 2024058310 A1 WO2024058310 A1 WO 2024058310A1 KR 2022019286 W KR2022019286 W KR 2022019286W WO 2024058310 A1 WO2024058310 A1 WO 2024058310A1
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WO
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current
battery
unit
current value
switching element
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PCT/KR2022/019286
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English (en)
French (fr)
Inventor
김근식
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김근식
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    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
    • F21S8/08—Lighting devices intended for fixed installation with a standard
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/32—Pulse-control circuits
    • H05B45/325—Pulse-width modulation [PWM]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/345—Current stabilisation; Maintaining constant current
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines

Definitions

  • the present invention relates to a streetlight control system.
  • Street lights generally refer to lighting facilities installed along the street for the safety and security of vehicles and pedestrians.
  • street lights are of the appropriate type depending on the installation location, such as highways, main roads in urban areas, roads in commercial districts, roads in residential areas, and the center or edge of bridges.
  • LED module has a plurality of LEDs connected in series and connected in parallel with other LED modules.
  • conventional street lights are supplied with grid power supplied from electric power companies and power generated from natural energy such as solar energy.
  • natural energy such as solar energy.
  • street lights receive sunlight during daylight hours, and the power produced by natural energy is charged to batteries and used to light the street lights.
  • the present invention was created to solve the above-described conventional problems.
  • the purpose of the present invention is to provide a streetlight control system that can extend the life of LED modules by resolving current imbalance due to forward voltage deviation of a plurality of LED modules. It is provided.
  • Another object of the present invention is to provide a streetlight control system that can extend the life of a battery that charges electric energy produced using natural energy such as solar energy, wind power, geothermal energy, and tidal energy.
  • the present invention may include the following examples to achieve the above object.
  • An embodiment of the present invention detects the current value of a lighting unit in which a plurality of LED modules are connected in parallel, a power supply unit that supplies power to the lighting unit, and each LED module, and PWMs the LED module in which a deviation from the average current value or the set current value occurs. It includes a current equalization control unit that controls the current value to control the LED modules to maintain a uniform current value, and the lighting unit includes a switching element that switches the power line of the LED module.
  • the current equalization control unit includes a deviation of the current value. It may include a streetlight control system characterized in that it controls the switching element by varying the duty ratio according to.
  • the lighting unit further includes an internal diode connected to the input and output sides of the switching element, and the internal parasitic element is energized when the switching element is turned off to change the current value to a voltage according to the voltage characteristic curve of the diode according to the amount of current. It is characterized by measuring.
  • the lighting unit further includes an external resistance connected to the outside between the input side and the output side of the switching element, and the current equalization control unit measures the current value through the voltage value applied to the external resistance when the switching element is turned off. You can.
  • the lighting unit may further include one or more external diodes connected to the outside between the input side and the output side of the switching element.
  • the above embodiment further includes a power charging member that supplies electrical energy generated using natural energy to the power source, and the power charging member includes a power generation unit that produces electrical energy using natural energy, and electricity generated by the power generation unit.
  • a battery that charges energy
  • a sensor unit that detects at least one of the surrounding temperature, illuminance, sunlight, wind strength, time, battery charging rate, and power generation amount, and daily, weekly, monthly, and yearly weather information.
  • the control unit includes a control unit that controls the power generation unit and the battery so that 4 to 8 hours of sunlight is expected for tomorrow, and if the current season is the dry season with continuous clear weather, the battery is maintained at a charge rate of 50%, or If the current season is the rainy season, charge the battery to 80%; if tomorrow's sunshine time is predicted to be less than 4 hours and the current season is the dry season, charge the battery to 80-90%;
  • a streetlight control system characterized by:
  • the present invention has the effect of extending the lifespan of the LED module by maintaining the current supplied to the LED modules equally.
  • the present invention has the effect of extending the life of the battery by adjusting the charging rate of the battery according to weather conditions, ambient temperature, and charging rate after a set time.
  • Figure 1 is a circuit diagram showing a conventional street light.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the present invention.
  • Figure 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the lighting unit in the present invention.
  • Figure 4 is a graph measuring an example of the present invention.
  • 5 and 5 are circuit diagrams showing other embodiments of current control means.
  • 7 to 12 are circuit diagrams showing embodiments of current sensing means.
  • Figure 13 is a block diagram showing a power charging member.
  • Figure 14 is a block diagram showing the control unit.
  • Figures 15 and 16 are flowcharts showing a power charging method of the streetlight control system according to the present invention.
  • streetlight may be defined as a term including security light.
  • the present invention includes as an embodiment a device and a method for charging the battery 410 with electric energy produced using natural energy.
  • natural energy is explained using solar energy as an example, but this is limited. This is not a requirement, and in addition to solar energy, wind power, tidal power, or any other natural energy that can generate electrical energy can be applied.
  • solar energy is used as an example in the following examples.
  • Figure 2 is a block diagram showing the present invention
  • Figure 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the lighting unit in the present invention.
  • the street light 10 of the present invention includes a lighting unit 100 in which a plurality of LED modules 110, 120, 130, and 140 are connected in parallel, and a power supply unit that supplies a constant voltage of a set level to the lighting unit 100. 300) and a current equalization control unit 200 that equally controls the current of the plurality of LED modules 110, 120, 130, and 140.
  • the present invention may further include a power charging member 400 that supplies power to the power supply unit 300.
  • the lighting unit 100 includes a plurality of LED modules (110, 120, 130, 140) connected in parallel, and a current control means (150) for controlling the current value of each LED module (110, 120, 130, 140). can do.
  • LED modules each have a plurality of LEDs connected in series to form one LED module (110, 120, 130, 140), and other LED modules (110, 120, 130, 140) It is connected in parallel and emits light by power supplied from the power supply unit 300.
  • the current adjustment means 150 is installed for each LED module (110, 120, 130, and 140) and adjusts the current value of each LED module (110, 120, 130, and 140) under the control of the current equalization control unit 200.
  • the current control means 150 may include switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4) and parasitic elements (ZD1, ZD2, ZD3, and ZD4).
  • the switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4) are turned on and off under the control of the current equalization control unit 200.
  • the parasitic elements (ZD1, ZD2, ZD3, and ZD4) conduct current in a set range when the switching elements (Q1, Q2, Q3, and Q4) are turned off.
  • the power of each LED module 110, 120, 130, and 140
  • the parasitic elements ZD1, ZD2, ZD3, and ZD4 when the switching elements (Q1, Q2, Q3, and Q4) are turned off.
  • the voltage corresponding to the forward voltage value of the parasitic element eg, diode, Schottky diode
  • the current is reduced in proportion.
  • the parasitic element is energized when the switching element Q1 is turned off.
  • the parasitic element is a diode (D1) with a forward voltage value of 0.7V, so it increases the voltage of the corresponding LED module by 0.7V.
  • the current from the corresponding LED module flows to other LED modules connected in parallel as the voltage rises.
  • the parasitic element is an element with a forward voltage value of A.
  • the parasitic element has a voltage equal to the value of A, and when there are two parasitic elements (for example, D1 connected in series in FIG. 6) and D2) can increase the voltage by 2A (eg, 0.7V + 0.7V).
  • an external resistance For example, if a resistance of 1 ohm is connected between the input side and the output side of the switching device, and the current is 1A when the switching device is turned off, a voltage of 1V can be generated in the corresponding LED module. Instead of reducing the current value applied to , the current value of other LED modules is increased.
  • the current equalization control unit 200 PWM controls the switching element (Q4) of the LED module 140 that has a deviation from the average current value of all LED modules 110, 120, 130, and 140 to adjust the current of the corresponding LED module 140. Adjust the value to match the average value.
  • the current equalization control unit 200 may set the duty ratio differently depending on the deviation from the average value. For example, the larger the duty ratio deviation, the longer the on section.
  • the current equalization control unit 200 may include a current sensing means capable of detecting the current for each LED module in order to adjust the current for each LED module and calculate the overall average value.
  • the current equalization control unit 200 measures the reverse VF between the source and drain when applying the FET to the switching element (Q4), and calculates the current value when applying the parasitic element of the switching element (Q4) as the diode (D4). You can measure the current value for each LED module using the diode characteristic curve for .
  • the current for each LED module can be sensed by additionally providing an external element in addition to the current sensing means through a configuration in which parasitic elements are integrated with the switching element as described above.
  • Such current sensing means will be described with reference to FIGS. 7 to 9.
  • 7 to 12 are diagrams showing embodiments of current sensing means.
  • the current sensing means includes an external element (e.g., diode D3) in addition to the outside of the current regulating means in which the switching element Q4 and the internal diode D4 are integrated. do.
  • the internal diode (D4) is connected in the reverse direction.
  • the current sensing means can be configured by adding two or more diodes (D5, D6) as external elements to the outside of the switching element (Q5).
  • the switching element (Q5) is a FET and is applied in the forward direction between drain and source.
  • one or more diodes having the corresponding characteristics can be connected as shown in FIG. 8.
  • the current sensing means includes an internal diode (D7) connected in the reverse direction as a parasitic element of the switching element (Q6), and additionally includes a resistor (R3) between the drain and source. can do.
  • the resistor (R3) is an external element.
  • the current equalization control unit 200 turns off the switching element (Q6) and then measures the voltage applied across the external resistance (R3). At this time, the current equalization control unit 200 measures the current value by applying the I-V characteristic curve of the external resistance R3, as shown in FIG. 10.
  • the above embodiment can reduce losses due to internal resistance that occur when the switching element (Q6) is turned on.
  • the current sensing means applies a Schottky diode (ZD5) as a parasitic element of the switching element (Q7) in the forward direction, as shown in FIG. 11, and adds an external resistance (R4) between the drain and the source. can do.
  • ZD5 Schottky diode
  • R4 external resistance
  • the current equalization control unit 200 measures a linear current value according to the I-V characteristics of the external resistance (R4) within the forward voltage (0.7V) of the Schottky diode (ZD5), as shown in FIG. 12.
  • the current equalization control unit 200 checks the current value of each LED module measured through the current detection means as described above and can control the current value of all LED modules equally.
  • the current equalization control unit 200 can detect the current value of each LED module 110, 120, 130, and 140 to which any one of the embodiments of the above-described current sensing means is applied. At this time, the current values of the first LED module 110, the second LED module 120, and the third LED module 130 are within the same range, and it can be detected that the current value of the fourth LED module 140 is high. You can. Therefore, the current equalization control unit 200 always turns on the switching elements of the first to third LED modules 110 to 130 and turns off the switching element Q4 of the fourth LED module 140.
  • the switching element Q4 of the fourth LED module 140 is turned off, and the voltage value is increased by a parasitic element (eg, a diode) and the current of the fourth LED module 140 is reduced.
  • a parasitic element eg, a diode
  • the current equalization control unit 200 changes the duty ratio of the switching element (Q4) of the fourth LED module 140 according to the deviation from the average current value of the first to third LED modules 110 to 130. You can proceed with PWM control while doing this.
  • the current equalization control unit 200 changes the on-off time period of the duty ratio of the switching element (Q4) of the fourth LED module 140 according to the deviation from the average current value or the deviation from the set current value to change the on-off time period of all LEDs.
  • the current of the module can be maintained uniformly.
  • the current equalization control unit 200 decreased the current by increasing the voltage value of the fourth LED module 140 through PWM control as described above, and increased the current value of the other LED modules 110 to 130.
  • the current value of the entire LED module can be maintained in the same range.
  • the power charging member will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a power charging member
  • FIG. 14 is a block diagram showing a control unit.
  • the power charging member 400 includes a control unit 460, a power generation unit 420, a battery 410, a sensor unit 430, a storage unit 440, and a communication unit 450. It can contain at least one.
  • the power generation unit 420 produces electrical energy using natural energy.
  • the power generation unit 420 may be a solar panel that generates electrical energy using incident sunlight, or a windmill that is rotated by wind power to generate electrical energy.
  • the battery 410 charges the electric energy generated by the power generation unit 420.
  • the charging rate of the battery 410 may be controlled by the control of the control unit 460. This will be described later.
  • the sensor unit 430 is, for example, a plurality of devices capable of detecting at least one of the surrounding temperature, illuminance, sunlight, wind strength, time, charging rate of the battery 410, and power generation amount of the power generation unit 420. It can be composed of sensors.
  • the sensor unit 430 outputs a detection signal to the control unit 460.
  • the storage unit 440 stores programs and data for controlling the lighting unit 100.
  • the storage unit 440 may store weather information (e.g., daily, weekly, monthly, yearly weather information and weather big data for several years).
  • the communication unit 450 may communicate with the server under the control of the control unit 460.
  • the communication unit 450 may receive daily, weekly, monthly, or yearly weather information in real time or periodically from the server.
  • the control unit 460 includes a charging control module 461 that controls charging of the battery 410, a prediction module 462 that calculates future weather information using big data, and a communication control module that controls the communication unit 450. It may include (463).
  • the charging control module 461 controls the charging rate of the battery 410 according to set conditions. For example, the charging control module 461 turns the power line between the power generation unit 420 and the battery 410 on and off to maintain the current charging rate of the battery 410 detected by the sensor unit 430 at the set value. can do. In addition, the charging control module 461 can control the discharge rate of the battery 410.
  • the setting condition of the charging control module 461 may be one of weather information and ambient temperature.
  • the lifespan of the battery 410 is reduced by one cycle.
  • 0.48 cycles are consumed, and its lifespan increases by 88% compared to when it is charged to 100%.
  • the battery 410 when the battery 410 is charged only to 80% of its maximum capacity, the battery 410 is consumed by 0.26 cycles and its lifespan increases by 211%, and when it is charged only to 70% of its maximum capacity, the battery 410 is consumed by 0.14 cycles. ) is consumed and the lifespan increases by 391%.
  • the battery (410) When charging only to 60% of the maximum capacity, the battery (410) is consumed by 0.10 cycles and the lifespan increases by 490%.
  • the battery (410) is consumed by 0.08 cycles. (410) is consumed and lifespan increases by 501%.
  • the time for which the charge rate of the battery 410 is maintained at 100% is minimized by considering at least one of tomorrow's weather and the current season, and the lighting is possible for more than 8 hours. It is characterized by maintaining the charging rate.
  • the charging control module 461 checks tomorrow's weather information received from the server and maintains the remaining battery 410 in the range of 30 to 80% when the weather allows for 100% charging, or tomorrow's weather information is checked. If the weather does not provide enough sunlight to charge 100%, the battery 410 can be controlled to be charged to 100%.
  • the charging rate of the battery 410 is maintained at a charging rate of the battery 410 that allows the lighting unit 100 to operate for at least 8 hours or more. is charged with
  • the minimum standard at which the lighting unit 100 can maintain a charging rate capable of supplying 100% output power for more than 8 hours was arbitrarily set at 20%.
  • the charging control module 461 is charged while maintaining the minimum charge rate of 30 to 50% when more than 8 hours of sunlight is possible through tomorrow's weather as above and/or when the current period is the dry season and continuous clear weather is possible. .
  • the charging control module 461 preferably charges the battery 410 at a charging rate of 50 to 80% or more when tomorrow's weather is expected to be cloudy and the amount of sunlight is expected to be 4 to 8 hours.
  • the charging control module 461 maintains the battery 410 at a charge rate of 50% or more if 4 to 8 hours of sunlight is expected tomorrow and the current season is the dry season with continuous clear weather.
  • the charging control module 461 charges the battery 410 to 80% if the current season is the rainy season and tomorrow's sunlight is in the range of 4 to 8 hours.
  • the charging control module 461 preferably maintains the charging rate of the battery 410 at 80 to 90% when cloudy weather with less than 4 hours of sunlight is predicted tomorrow. More specifically, the charging control module 461 can charge the battery 410 to 80 to 90% if tomorrow's sunshine time is cloudy with less than 4 hours and/or the current season is the dry season.
  • the charge rate of the battery 410 is maintained at 100%.
  • the charging control module 461 may set the charging amount of the battery 410 differently today by considering at least one of tomorrow's charging time (sunshine time and/or amount of sunlight) confirmed through weather information and the current season.
  • the charging control module 461 can control charging of the battery 410 according to the surrounding temperature.
  • the charging control module 461 does not charge when the ambient temperature is below or above the set temperature, and charges the battery (410) only when the ambient temperature falls within the set temperature range (e.g., 10 to 35°C). ) is charged.
  • control unit 460 can control the lighting unit 100 according to set conditions.
  • control unit may have the same configuration as the current equalization control unit 200, or may be a separate dimming control device.
  • control unit 460 adjusts and maintains the brightness of the lighting unit 100 step by step according to the detection signal (e.g., current time, lighting maintenance time, temperature, and surrounding illumination) of the sensor unit 430. .
  • detection signal e.g., current time, lighting maintenance time, temperature, and surrounding illumination
  • control unit 460 can set stages (for example, stages 1 to 5) for each time period and control the brightness of the lighting unit 100 for each stage.
  • stages 1 to 5 For example, level 1 is set to illuminate at 100%, level 2 at 90%, level 3 at 80%, level 4 at 90%, and level 5 at 100%.
  • each stage can be set for each time zone (for example, stage 1 is from 20:00 to 4:00, stage 2 is from 7:00 to 8:00, stage 3 is from 5:00 to 6:00).
  • step-by-step time can be selectively applied depending on the season or sunrise and sunset times.
  • control unit 460 can prevent overdischarge of the battery 410 by adjusting the intensity (brightness) of the lighting according to the ambient temperature and/or charge amount.
  • control unit 460 reduces the brightness of the streetlight 10 to the rate set in the current stage to prevent overdischarge in cold weather. Prevent shortening of battery 410 lifespan.
  • the prediction module 462 predicts tomorrow's weather through weather big data stored in the storage unit 440.
  • the predicted result value is output to the charging control module 461.
  • This prediction module 462 predicts tomorrow's weather through weather big data in the same area for several years when it is difficult to receive real-time weather information.
  • the communication control module 463 can receive weather information from the server in real time or periodically by performing wired or wireless communication with the server.
  • the charging control module 461 is capable of communicating with the server, so when weather information is received, it controls today's charging amount by giving priority to the received tomorrow's weather information, and if communication with the server is not possible, the result of the prediction module 462 Control today's charging amount using the value.
  • the present invention includes the above-described configuration, and hereinafter, with reference to FIGS. 15 and 16, a method of charging the battery 410 of a streetlight that can extend the life of the battery 410 according to the present invention will be described.
  • Figure 15 is a flowchart showing a method of charging a battery of a streetlight according to the present invention.
  • the present invention includes a step S110 of detecting whether communication is possible, a step S120 of receiving weather information if communication is possible, a step S130 of checking whether the set amount of sunlight and/or time is possible for tomorrow's weather, and Step S140 of charging the battery 410 under condition A when the amount of sunlight and/or time is secured, step S150 of loading big data if communication is not possible, step S160 of calculating a forecast value through big data, and determining whether it is rainy season or not. It may include a step S170 of detecting, a step S180 of charging the battery 410 under the B condition, and a step S190 of charging the battery 410 under the C condition.
  • Step S110 is a step in which the control unit 460 detects whether communication with the server is possible.
  • the communication control module 463 can call the server through the communication unit 450 and detect whether communication is possible.
  • Step S120 is a step in which the control unit 460 requests and/or receives weather information from the server.
  • the communication control module 463 controls the communication unit 450 to request weather information.
  • the weather information may include one or more of tomorrow's weather information, today's weather information, and breaking news.
  • Step S130 is a step in which the control unit 460 receives weather information and calculates whether the amount of sunlight or time to charge the battery 410 for tomorrow can be secured. For example, the control unit can check weather information such as whether tomorrow's weather will be clear, cloudy, rainy, snowy, or cloudy from the afternoon.
  • Step S140 is a step in which the control unit 460 charges the battery 410 under the set A condition if it is possible to secure the amount of sunlight and/or time through the results calculated through weather information.
  • the control unit 460 controls the battery so that the battery 410 is charged to less than 100% today. Controls the charging of 410.
  • Condition A can be selected from 20 to 80%.
  • control unit 460 predicts that tomorrow's weather will be short of sunlight and/or time, it proceeds to step S160 to charge the battery 410 under condition B.
  • Step S150 is a step in which the control unit 460 detects that communication with the server is blocked and loads the stored big data.
  • Step S160 is a step in which the control unit 460 calculates a forecast value that can predict the weather at the corresponding location through big data.
  • the predicted value is calculated by fusing the sensing information (satellite coordinates, current time, current date) of the sensor unit 430, and is calculated through accumulated weather information for several years within the same period.
  • Step S170 is a step in which the control unit 460 detects whether tomorrow's weather will be cloudy, clear, dry season, or rainy season through the forecast value.
  • Step S180 is a step in which the control unit 460 charges the battery 410 under condition B when tomorrow's weather is cloudy or rainy based on the predicted value.
  • the control unit 460 controls the charging rate of the battery 410 today according to tomorrow's weather because the chemical components of the battery 410 are damaged when the battery 410 is 100% charged. Therefore, if tomorrow's weather is predicted to be rainy or cloudy and it is difficult to charge the battery 410 to 100%, the control unit 460 charges today's charge rate as condition B (for example, 100% or 90-100%). Prepare for tomorrow's low amount of sunlight and time.
  • condition B for example, 100% or 90-100%
  • Step S190 is a step in which the control unit 460 charges the battery 410 under condition C when a dry season or clear weather is expected through the forecast value.
  • the battery 410 can be charged to 100% when sufficient sunlight and time are secured. Therefore, the control unit 460 sets today's charging rate of the battery 410 to C condition (e.g., 20 to 80%, 80% or less) to prevent the battery 410 from being charged to 100% or to minimize the time. Control to charge.
  • C condition e.g. 20 to 80%, 80% or less
  • the present invention controls the charging rate of today's battery 410 according to tomorrow's weather to prevent the battery 410 from being 100% charged or to minimize its maintenance time, but to prevent the lighting unit 100 from running out of electrical energy. It is characterized by maintaining the remaining amount of battery 410.
  • the street light 10 is turned on for a set time using power supplied through the battery 410 charged through the above-described process and then turned off to proceed with the charging process as described above.
  • the present invention prevents overdischarge during the lighting process of the lighting unit 100 and can control charging to be possible only within a set temperature range. This is explained with reference to FIG. 5 .
  • Figure 16 is a flowchart showing the streetlight lighting process.
  • the present invention includes step S210 for detecting a lighting condition, step S220 for turning on the light, step S230 for detecting the set temperature, step S2420 for controlling dimming according to the set condition, and step S250 for detecting the turn-off condition. It may include a step S260 of turning off the lights, a step S270 of detecting the charging temperature, and a step S280 of charging the battery 410 when the charging temperature is detected.
  • steps S270 and S280 may be included in the process of FIG. 4 described above, and are not limited to the lighting control process described above.
  • Step S210 is a step in which the control unit 460 detects a lighting condition.
  • the lighting condition may be at least one of time, ambient temperature, and illuminance.
  • step S220 when the control unit 460 detects a lighting condition, it supplies power to the lighting unit 100 to turn it on.
  • the control unit 460 can control the lighting unit 100 to be dimmed step by step according to set conditions. For example, step 1 is 100%, step 2 is 90%, step 3 is 80%, step 4 is 90%, and step 5 is 100%.
  • the brightness is set for each step, and each step has an optional time zone and order. It can be applied.
  • Step S230 is a step of detecting the set temperature and/or charge amount.
  • step S240 when the control unit 460 detects that the ambient temperature is at least one of the set temperature (e.g., 10° C. or lower) and the charging amount, the control unit 460 outputs the lighting unit 100 to prevent overdischarge of the battery 410. This is the step of reducing it to a set value.
  • the set temperature e.g. 10° C. or lower
  • the control unit 460 can prevent overdischarge of the battery 410 by lowering the brightness of the lighting unit 100 by a set value (for example, 10 to 30% reduction from the current level).
  • control unit 460 detects the charge amount of the battery 410 along with the surrounding temperature and controls the brightness of the street light 10 to prevent overdischarge.
  • the degree to which the brightness of the lighting unit 100 is lowered may be set differently depending on the surrounding temperature.
  • Step S250 is a step of detecting a light-off condition.
  • Step S260 is a step in which the control unit 460 turns off the lighting unit 100.
  • the control unit 460 turns off the lighting unit 100 by cutting off the power line between the battery 410 and the lighting unit 100.
  • Step S270 is a step in which the control unit 460 detects the charging temperature.
  • the control unit 460 may determine whether to charge the battery 410 by detecting the surrounding temperature after sunrise.
  • Step S280 is a step in which the control unit 460 charges the battery 410 when the surrounding temperature corresponds to the charging temperature. For example, when the battery 410 is charged at low or high temperatures, the charging rate decreases and there is a risk of damage. Therefore, as is generally known, it is preferable to charge the battery 410 at a temperature within 10 to 35°C.
  • control unit 460 starts charging the battery 410 when the temperature after sunrise rises to the charging temperature through the ambient temperature.
  • Charging of the battery 410 according to this charging temperature can be applied along with the above-mentioned weather information.
  • the present invention can extend the life of the battery 410 by maintaining the charging rate of the battery 410 and charging within a range where damage to the battery 410 is prevented through weather information and ambient temperature.

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Abstract

본 발명은 복수의 LED 모듈이 병렬 연결된 조명부; 조명부에 전원을 공급하는 전원부; 및 각 LED 모듈의 전류값을 감지하고, 평균 전류값 또는 설정 전류값과 편차가 발생된 LED 모듈을 PWM 제어하여 전류값을 조절하여 LED 모듈들이 균일한 전류값을 유지하도록 제어하는 전류 균등 제어부; 를 포함하고, 조명부는 LED 모듈의 전원 라인을 스위칭하는 스위칭 소자를 포함하고, 전류 균등 제어부는 전류값의 편차에 따라 듀티비를 가변하여 스위칭 소자를 제어하는 것; 을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템을 포함한다.

Description

가로등 제어 시스템
본 발명은 가로등 제어 시스템에 관한 것이다.
가로등은 일반적으로 차량이나 보행자의 안전과 보안을 위하여 가로를 따라서 설치한 조명시설을 말한다.
이러한 가로등은 고속도로나 시가지의 주요도로, 상업지구의 도로, 주택지구의 도로, 교량의 중앙이나 가장자리 등 설치장소에 따라 그에 알맞은 종류의 것이 사용된다.
현재 가로등은 도 1에 도시된 바와 같이 여러 개의 LED 모듈을 병렬연결하여 사용한다. LED 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 LED가 직렬 연결되고, 타 LED 모듈과는 병렬 연결된다.
이와 같이 병렬 연결된 각 LED 모듈들은 소자의 순방향 전압(VF)의 편차가 누적될 수 있으며, 일정한 순방향 전압(예를 들면, 3.3V × 10EA=33.0V)을 갖도록 생산하는 것은 불가능에 가깝다.
그러한 결과로 종래의 병렬 연결된 복수 LED 모듈은 복수 중 어느 하나가 순방향 전압이 다를 시 가장 낮은 LED 모듈에 전류가 집중하여 흐르는 현상을 볼 수 있다.
이와 같이 복수 중 어느 하나의 LED 모듈에 전류가 집중되면 해당 LED 모듈에 과부하로 과열이 발생하고 효율을 떨어지며 수명이 짧아 지는 현상이 발생하게되고 결국은 단선에 의한 고장이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 가로등은 전력회사로부터 공급되는 계통 전원과, 태양광 등의 자연 에너지로부터 발전된 전원을 공급받고 있다. 예를 들면, 가로등은 일조 시간 동안 태양광을 받아 등 자연 에너지에 의해 생산된 전원을 배터리에 충전하여 가로등의 점등 시에 이를 사용하였다.
그러나, 이와 같은 종래의 자연 에너지, 특히 태양광을 이용하여 발전된 전원을 충전하는 배터리는 충전율이 80%를 넘을 경우에 내부 저항이 점점 증가하여 배터리의 화학 작용에 손상을 줄 수 있지만 이에 대한 적절한 조치가 취해지지 않았다.
즉, 종래의 자연 에너지에 의해 발전된 전원을 충전하는 가로등용 배터리는 적절한 충전율의 제어가 이루어지지 않았기에 수명 단축 및 충전 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 LED 모듈의 순방향 전압 편차에 따른 전류의 불균형을 해소하여 LED 모듈의 수명은 연장 시킬 수 있는 가로등 제어 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 목적은 태양광, 풍력, 지열, 조력 등 자연 에너지를 이용하여 생산된 전기 에너지를 충전하는 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 가로등 제어 시스템을 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 복수의 LED 모듈이 병렬 연결된 조명부와, 조명부에 전원을 공급하는 전원부 및 각 LED 모듈의 전류값을 감지하고, 평균 전류값 또는 설정 전류값과 편차가 발생된 LED 모듈을 PWM 제어하여 전류값을 조절하여 LED 모듈들이 균일한 전류값을 유지하도록 제어하는 전류 균등 제어부를 포함하고, 조명부는 LED 모듈의 전원 라인을 스위칭하는 스위칭 소자를 포함하고, 전류 균등 제어부는 전류값의 편차에 따라 듀티비를 가변하여 스위칭 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템을 포함할 수 있다.
위 실시예에서, 조명부는 스위칭 소자의 입력과 출력측에 연결되는 내부 다이오드를 더 포함하고, 내부 기생소자는 스위칭 소자가 오프되었을 때 통전되어 전류량에 따른 다이오드의 전압특성곡선에 의한 전압으로 전류값을 측정하는 것을 특징으로 한다.
위 실시예에서, 조명부는 스위칭 소자의 입력측과 출력측 사이의 외부에 연결되는 외부 저항을 더 포함하고, 전류 균등 제어부는 스위칭 소자가 오프될 때, 외부 저항에 걸리는 전압값을 통해 전류값을 측정할 수 있다.
위 실시예에서, 조명부는 스위칭 소자의 입력측과 출력측 사이의 외부에 연결되는 하나 이상의 외부 다이오드를 더 포함할 수 있다.
또한, 위 실시예는 자연 에너지를 이용하여 발전된 전기에너지를 전원부에 공급하는 전원 충전 부재를 더 포함하고, 전원 충전 부재는 자연 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전부와, 발전부에서 발전된 전기 에너지를 충전하는 배터리와, 주변의 온도와, 조도, 일조량, 바람의 세기, 시간, 배터리의 충전율, 발전부의 발전량 중 적어도 하나 이상을 감지하는 센서부와, 일간, 주간, 월간, 년간 기상정보가 저장되는 저장부와, 서버로부터 일간, 주간, 월간, 년간 기상 정보를 실시간 또는 주기적으로 수신하는 통신부와, 내일의 날씨와 현재 계절 중 적어도 하나를 고려하여 조명부가 8시간 이상 조명이 가능한 충전율을 유지할 수 있도록 발전부 및 배터리를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 내일의 일조량이 4~8시간 예상되고, 현재 계절이 건기로서 맑은 날씨가 연속해서 이루어지는 계절이라면 배터리를 50%의 충전율로 유지하거나, 현재 계절이 우기이면 80%로 배터리를 충전하고, 내일의 일조 시간이 4 시간 미만이 예측되고, 현재 계절이 건기에 해당되면 80~90%로 배터리를 충전시키는 것; 을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템을 제공한다.
본 발명은 LED 모듈들에 공급되는 전류를 균등하게 유지할 수 있어 LED 모듈의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 설정 시간 이후의 기상 상황과, 주변온도, 충전율에 따라 배터리의 충전율을 조절함에 따라 배터리의 수명을 연장 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 가로등을 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명을 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명에서 조명부의 실시예를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 측정한 그래프이다.
도 5 및 도 5은 전류 조절 수단의 다른 실시예들을 도시한 회로도이다.
도 7 내지 도 12는 전류 감지 수단의 실시예들을 도시한 회로도이다.
도 13은 전원 충전 부재를 도시한 블럭도이다.
도 14는 제어부를 도시한 블럭도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 가로등 제어 시스템의 전원 충전 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있지만, 특정 실시예를 도면에 예시하여 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 서로 다른 방향으로 연장되는 구조물을 연결 및/또는 고정시키기 위한 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물중 어느 하나에 해당되는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제 하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 가로등은 보안등을 포함하는 용어로서 정의될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 자연에너지를 이용하여 생산된 전기 에너지를 배터리(410)에 충전하는 장치 및 방법을 실시예로서 포함하고 있으며, 이하의 명세서에는 자연에너지를 태양광으로 예를 들어 설명하나 이는 한정사항이 아니며, 태양광 외에 풍력, 조력 또는 그외 전기 에너지를 발전시킬 수 있는 자연에너지 모두가 적용될 수 있다. 다만, 아래의 실시예에서 설명의 편의를 위하여 태양광을 일예로서 설명한다.
이하부터 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명을 도시한 블럭도, 도 3은 본 발명에서 조명부의 실시예를 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 가로등(10)은 복수의 LED 모듈(110, 120, 130, 140)이 병렬 연결된 조명부(100)와, 조명부(100)에 설정 레벨의 정전압을 공급하는 전원부(300)와, 복수의 LED 모듈(110, 120, 130, 140)의 전류를 균등하게 제어하는 전류 균등 제어부(200)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 전원부(300)에 전원을 공급하는 전원 충전 부재(400)를 더 포함할 수 있다.
조명부(100)는 상호 병렬 연결되는 복수의 LED 모듈(110, 120, 130, 140)과, 각 LED 모듈(110, 120, 130, 140)의 전류값을 조절하는 전류 조절 수단(150)을 포함할 수 있다.
LED 모듈(110, 120, 130, 140)들은 각각 복수의 LED가 직렬 연결되어 하나의 LED 모듈(110, 120, 130, 140)을 구성하고, 타 LED 모듈(110, 120, 130, 140)과 병렬 연결되어 전원부(300)에서 공급된 전원에 의해 발광된다.
전류 조절 수단(150)은 LED 모듈(110, 120, 130, 140) 별로 설치되어 전류 균등 제어부(200)의 제어에 의해 각 LED 모듈(110, 120, 130, 140)들의 전류값을 조절한다. 여기서 전류 조절 수단(150)은 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)와, 기생소자(ZD1, ZD2, ZD3, ZD4)를 포함할 수 있다.
스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 전류 균등 제어부(200)의 제어에 의하여 온 오프된다.
기생소자(ZD1, ZD2, ZD3, ZD4)는 예를들면, 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 오프 되면, 설정된 범위의 전류를 통전시킨다. 이때 각 LED 모듈(110, 120, 130, 140)의 전원은 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 오프되면 기생소자(ZD1, ZD2, ZD3, ZD4)로 통전된다.
따라서 전원이 기생소자에 통전됨에 따라 해당 전원라인에서 기생소자(예를 들면, 다이오드, 쇼트키 다이오드)의 순방향 전압값에 해당되는 전압이 상승되기에 그에 비례하여 전류가 감소된다.
즉, 기생소자가 온되는 구간 동안에는 순방향 전압이 증가됨에 따라 그에 비례한 전류가 타 LED 모듈로 출력됨에 따라 해당 LED 모듈의 전류가 감소된다.
도 5의 다이오드(D1)가 적용된 기생소자를 예를 들어 설명하면, 기생소자는 스위칭 소자(Q1)가 오프되면 통전된다. 이때, 기생소자는 0.7V의 순방향 전압 값을 갖는 다이오드(D1) 이기에 해당 LED 모듈의 전압을 0.7V 상승시킨다.
따라서 해당 LED 모듈의 전류는 전압이 상승됨에 따라 병렬 연결된 다른 LED 모듈들로 흘러 간다.
또한, 도 6을 참조하면, 기생소자는 A의 순방향 전압 값을 갖는 소자로서 하나의 LED 모듈에서 하나가 설치되면 A 값만큼의 전압, 2개 일 때(예를 들면, 도 6의 직렬 연결된 D1과 D2)는 2A 값(예를 들면, 0.7V + 0.7V) 만큼의 전압을 상승시킬 수 있다.
이외에도, 외부 저항을 적용함도 가능하다. 예를 들면, 스위칭소자의 입력측과 출력측 사이에 하나에 1옴(ohm)의 저항이 연결되고, 스위칭소자가 오프될 때 전류가 1A라면 해당 LED 모듈에서 1V의 전압을 발생시킬 수 있어 해당 LED 모듈에 인가되는 전류값을 감소시키는 대신 다른 LED 모듈의 전류값을 증가시킨다.
전류 균등 제어부(200)는 전체 LED 모듈(110, 120, 130, 140)들의 평균 전류값과 편차가 있는 LED 모듈(140)의 스위칭 소자(Q4)를 PWM 제어하여 해당 LED 모듈(140)의 전류값을 평균값에 일치하도록 조절한다.
이때, 전류 균등 제어부(200)는 평균 값과의 편차에 따라 듀티비를 다르게 설정할 수 있다. 예를 들면, 듀티비는 편차가 클수록 온 구간을 길게 한다.
아울러, 전류 균등 제어부(200)는 이와 같은 각 LED 모듈별 전류의 조절과, 전체 평균값의 산출을 위해 LED 모듈 별 전류를 감지할 수 있는 전류 감지 수단을 포함할 수 있다.
예를 들면, 전류 균등 제어부(200)는 스위칭 소자(Q4)에 FET를 적용시 소스와 드레인 간의 역방향 VF를 측정하고, 스위칭 소자(Q4)의 기생소자를 다이오드(D4)로 적용시에 전류값에 대한 다이오드 특성 곡선을 이용하여 LED 모듈별 전류값을 측정할 수 있다.
또는, 본 발명에서는 위와 같은 스위칭 소자에 기생소자가 일체로 이루어진 구성을 통한 전류 감지 수단 외에 외부 소자를 추가로 구비하여 LED 모듈별 전류를 감지할 수 있다. 이와 같은 전류 감지 수단은 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 7 내지 도 12는 전류 감지 수단의 실시예를 도시한 도면이다.
먼저, 전류 감지 수단은, 도 7을 참조하면, 스위칭 소자(Q4)와 내부 다이오드(D4)가 일체로 이루어진 전류 조절 수단의 외측에 추가로 외부 소자(예를 들면, 다이오드(D3))를 포함한다. 여기서 내부 다이오드(D4)는 역방향으로 연결된다.
또한, 전류 감지 수단은, 도 8을 참조하면, 스위칭 소자(Q5)의 외측에 외부 소자로서 2 이상의 다이오드(D5, D6)를 추가하여 구성할 수 있다. 이때, 스위칭 소자(Q5)는 FET로서 드레인 소스간 정방향을 사용 적용한다.
이 실시예는 스위칭 소자(Q5)의 내부 다이오드(D5, D6) 특성이 실제 원하는 특성값과 다를 경우에 도 8과 같이 해당 특성을 갖는 다이오드를 하나 이상 연결할 수 있다.
위 회로들은 다이오드의 전압 전류 특성 곡선을 적용할 수 있기에 해당 LED 모듈의 전류값의 산출이 가능하다.
또한, 다른 실시예로서, 전류 감지 수단은, 도 9를 참조하면, 스위칭 소자(Q6)의 기생소자로서 역방향으로 연결된 내부 다이오드(D7)로 구비하고, 드레인 소스 간에 저항(R3)을 추가로 포함할 수 있다. 여기서 저항(R3)은 외부 소자이다.
따라서 전류 균등 제어부(200)는 스위칭 소자(Q6)를 오프시킨 뒤에 외부 저항(R3) 양단에 걸리는 전압을 측정한다. 이때, 전류 균등 제어부(200)는 도 10에 도시된 바와 같이, 외부 저항(R3)의 I-V 특성 곡선을 적용하여 전류값을 측정한다.
위 실시예는 스위칭 소자(Q6)가 온 될 때 발생되는 내부 저항에 의한 손실을 줄일 수 있다.
또한, 또 다른 실시예로서, 전류 감지 수단은, 도 11과 같이, 정방향으로 쇼트키 다이오드(ZD5)를 스위칭 소자(Q7)의 기생소자로 적용하고, 드레인과 소스간에 외부 저항(R4)을 추가할 수 있다.
여기서 외부 소자 및 외부 저항의 의미는 기생소자 또는 내부 저항과 반대의 의미로서 스위칭 소자와 별개로 독립된 소자를 의미한다.
따라서 전류 균등 제어부(200)는 도 12와 같이 쇼트키 다이오드(ZD5)의 순방향 전압(0.7V) 내에서 외부 저항(R4)의 I-V 특성에 따른 선형적인 전류값을 측정한다.
전류 균등 제어부(200)는 위와 같은 전류 감지 수단을 통해 측정된 각 LED 모듈의 전류값을 확인하여 전체 LED 모듈의 전류값을 균등하게 제어할 수 있다.
즉, 전류 균등 제어부(200)는 상술한 전류 감지 수단의 실시예들 중 어느 하나가 적용된 각 LED 모듈(110, 120, 130, 140)의 전류값을 감지할 수 있다. 이때, 제1 LED 모듈(110)과 제2 LED 모듈(120) 및 제3 LED 모듈(130)의 전류값은 동일 범위 내에 속하고, 제4 LED 모듈(140)의 전류값이 높음을 감지할 수 있다. 따라서 전류 균등 제어부(200)는 제1 LED 모듈 내지 제3 LED 모듈(110~130)의 스위칭 소자를 상시 온 하고, 제4 LED 모듈(140)의 스위칭 소자(Q4)를 오프 시킨다.
따라서 제4 LED 모듈(140)의 스위칭 소자(Q4)는 오프되고, 기생소자(예를 들면, 다이오드)에 의해 전압값이 증가되면서 제4 LED 모듈(140)의 전류가 감소된다.
더욱 바람직하게로는 전류 균등 제어부(200)는 제1 내지 제3 LED 모듈(110~130)의 전류 평균값과의 편차에 따라 제4 LED 모듈(140)의 스위칭 소자(Q4)의 듀티비를 가변하면서 PWM 제어를 진행할 수 있다.
즉, 전류 균등 제어부(200)는 제4 LED 모듈(140)의 스위칭 소자(Q4)의 듀티비를 평균 전류값과의 편차 또는 설정된 전류값과의 편차에 따라 온오프 시간 주기를 가변시켜 전체 LED 모듈의 전류를 균일하게 유지할 수 있다. 이와 같은 결과값은 도 4의 그래프를 통해 측정된 바와 같다.
도 4의 그래프를 확인하여 보면, 제1 내지 제3 채널(110~130)의 전류는 낮고, 제4 채널(140)의 전류값은 높게 측정되었다. 따라서 전류 균등 제어부(200)는 상술한 바와 같이 PWM 제어를 통해 제4 LED 모듈(140)의 전압값을 증가시켜 전류를 감소시키고, 다른 LED 모듈(110~130)의 전류값을 증가시켰다.
그러므로 전체 LED 모듈의 전류값은 동일한 범위로 유지할 수 있다.
전원 충전 부재는 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한다.
도 13은 전원 충전 부재를 도시한 블럭도, 도 14는 제어부를 도시한 블럭도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 전원 충전 부재(400)는 제어부(460)와, 발전부(420), 배터리(410), 센서부(430), 저장부(440), 통신부(450) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
발전부(420)는 자연 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산한다. 예를 들면, 발전부(420)는 입사된 태양광으로 전기 에너지를 발전시키는 태양광 패널, 풍력에 의해 회전되어 전기 에너지를 발전시키는 풍차가 될 수 있다.
배터리(410)는 발전부(420)에서 발전된 전기 에너지를 충전한다. 여기서 배터리(410)는 제어부(460)의 제어에 의해 충전율이 제어될 수 있다. 이는 후술한다.
센서부(430)는, 예를 들면, 주변의 온도와, 조도, 일조량, 바람의 세기, 시간, 배터리(410)의 충전율, 발전부(420)의 발전량 중 적어도 하나 이상을 감지할 수 있는 복수의 센서들로 구성될 수 있다. 센서부(430)는 제어부(460)에 감지신호를 출력한다.
저장부(440)는 조명부(100)의 제어를 위한 프로그램 및 데이터가 저장된다. 여기서 저장부(440)는 기상정보(예를 들면 일간, 주간, 월간, 년간 기상정보 및 수년간의 기상 빅데이터)가 저장될 수 있다.
통신부(450)는 제어부(460)의 제어에 의해 서버와 통신을 수행할 수 있다. 통신부(450)는 서버로부터 일간, 주간, 월간, 년간 기상 정보를 실시간 또는 주기적으로 수신할 수 있다.
제어부(460)는 배터리(410)의 충전을 제어하는 충전제어모듈(461)과, 빅데이터를 이용하여 향후 기상정보를 산출하는 예측모듈(462)과, 통신부(450)를 제어하는 통신제어모듈(463)을 포함할 수 있다.
충전제어모듈(461)은 설정된 조건에 따라 배터리(410)의 충전율을 제어한다. 예를 들면, 충전제어모듈(461)은 센서부(430)로부터 감지된 배터리(410)의 현재 충전율을 설정된 값으로 유지할 수 있도록 발전부(420)와 배터리(410) 사이의 전원라인을 온오프 할 수 있다. 아울러 충전제어모듈(461)은 배터리(410)의 방전율을 제어함도 가능하다.
여기서 충전제어모듈(461)의 설정조건은 기상정보와, 주변온도 중 하나 일 수 있다.
공지된 바에 따르면, 배터리(410)는 최대 용량의 100%까지 충전할 경우에 1주기만큼의 배터리(410) 수명이 감소된다고 한다. 그러나 배터리(410)를 최대 용량의 90%까지만 충전할 경우에는0.48주기만큼 소모되며, 100%까지 충전하였을 경우보다 수명이 88%만큼 늘어난다.
또한, 배터리(410)는 최대 용량의 80%까지만 충전할 경우에는 0.26주기만큼 배터리(410)가 소모되고 수명은 211% 만큼 늘어나고, 최대 용량의 70%까지만 충전할 경우에는 0.14주기만큼 배터리(410)가 소모되고 수명은 391% 늘어나고, 최대 용량의 60%까지만 충전할 경우에는 0.10주기만큼 배터리(410)가 소모되고 수명은 490% 늘어나고, 최대 용량의 50%까지만 충전할 경우에는 0.08주기만큼 배터리(410)가 소모되고 수명은 501%까지 늘어난다.
따라서 배터리(410)의 수명을 늘리기 위하여서는 배터리(410)를 최대 용량의 100%까지 완전 충전하는 것보다는 80% 전후로 충전하는 것이 훨씬 효율적이라는 것을 이해할 수 있다.
그러므로 본 발명에서는 배터리(410)의 수명을 연장시킬 수 있도록 내일의 날씨와 현재 계절 중 적어도 하나를 고려하여 배터리(410)의 충전율이 100%로 유지되는 시간을 최소화하고, 8시간 이상 조명이 가능한 충전율을 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 충전제어모듈(461)은 서버로부터 수신된 내일의 기상정보를 확인하여 100% 충전 가능한 날씨일 경우에 배터리(410) 잔량을 30~80%의 범위로 유지하도록 하고, 또는 내일의 날씨가 100% 충전 가능한 일조량이 확보되지 않은 날씨일 경우에 배터리(410)를 100% 충전시키도록 제어할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하자면, 내일의 날씨가 주간 동안 일조량이 8시간 이상 가능한 날씨로 예측되면, 배터리(410)의 충전율은 최소 8시간 이상 조명부(100)가 작동 가능한 배터리(410) 충전율을 유지한 상태로 충전된다.
여기서 조명부(100)가 8시간 이상을 100% 출력 가능한 전력을 공급할 수 있는 충전율을 유지할 수 있는 최소 기준을 20%로 임의로 지정하였다.
따라서 충전제어모듈(461)은 위와 같은 내일 날씨를 통해 8시간 이상 일조량이 가능 및/또는 현재 시기가 건기로서 맑은 날씨가 연속하여 가능할 경우에는 최소 충전율인 30~50%를 유지한 상태로 충전된다.
또는 충전제어모듈(461)은 내일의 날씨가 중간에 흐림이 예상되어 일조량이 4~8 시간이 예측되면 50~80% 이상의 충전율로서 배터리(410)를 충전시키는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들면, 충전제어모듈(461)은 내일의 일조량이 4~8시간 예상되고, 현재 계절이 건기로서 맑은 날씨가 연속해서 이루어지는 계절이라면 배터리(410)를 50% 이상의 충전율로 유지한다. 또는 충전제어모듈(461)은 현재 계절이 우기이고, 내일의 일조량이 4~8시간의 범위라면, 80%로 배터리(410)를 충전시킨다.
또는 충전제어모듈(461)은 내일의 일조 시간이 4시간 미만의 흐린 날씨가 예측되면, 배터리(410) 충전율을 80~90%로 유지함이 바람직하다. 보다 구체적으로 충전제어모듈(461)은 내일의 일조시간이 4시간 미만의 흐린 날씨거나 및/또는 현재 계절이 건기에 해당되면 80~90%로 배터리(410)를 충전시킬 수 있다.
또는 내일 일조시간이 4시간 미만의 흐린 날씨 및/또는 현재 계절이 우기(雨期)로서 연속하여 흐린 날씨가 예상될 경우에는 배터리(410)의 충전율을 100%로 유지시킨다.
즉, 충전제어모듈(461)은 기상정보를 통하여 확인된 내일의 충전 가능한 시간(일조시간 및/또는 일조량)과 현재 계절 중 적어도 하나를 고려하여 금일 배터리(410)의 충전량을 다르게 설정할 수 있다.
또한, 충전제어모듈(461)은 주변온도에 따라 배터리(410)의 충전을 제어함도 가능하다.
예를 들면, 충전제어모듈(461)은 주변온도가 설정온도 이하이거나, 이상일 경우에 충전하지 않고, 주변온도가 설정온도 범위(예를 들면, 10~35℃)에 해당 될 경우에만 배터리(410)를 충전시킨다.
또한, 제어부(460)는 설정조건에 따라 조명부(100)를 제어함도 가능하다. 여기서 제어부는 전류 균등 제어부(200)와 동일한 구성이거나, 별도의 디밍 제어 장치 일 수 있다.
예를 들면, 제어부(460)는 센서부(430)의 감지신호(예를 들면, 현재시간, 점등 유지 시간, 온도, 주변의 조도)에 따라 조명부(100)의 밝기를 단계별로 조절 및 유지한다.
예를 들면, 제어부(460)는 시간대별로 단계(예를 들면 1~5단계)를 설정하고, 각 단계별로 조명부(100)의 밝기를 제어할 수 있다. 예를 들면, 1단계는 100%, 2단계는 90%, 3단계는 80%, 4단계는 90%, 5단계는 100%의 밝기로서 조명하도록 설정된다.
또한, 각 단계는 시간대별(예를 들면, 1단계는 20시부터 4시, 2단계는 7시부터 8시, 3단계는 5시부터 6시)로서 설정될 수 있다.
아울러, 단계별 시간은 계절 또는 일출 및 일몰 시간에 따라 선택적으로 적용될 수 있다.
또한, 제어부(460)는 주변온도 및/또는 충전량에 따라 조명의 세기(밝기)를 조절하여 배터리(410)의 과방전을 방지할 수 있다.
예를 들면, 제어부(460)는 영상 10도 이하, 충전량이 30% 미만 중 적어도 하나의 조건에 해당 되면, 가로등(10)의 밝기를 현재 단계에서 설정된 비율로 떨어뜨려 추운 날씨에 과방전으로 인한 배터리(410) 수명 단축을 방지한다.
예측모듈(462)은 저장부(440)에 저장된 기상 빅데이터를 통하여 내일의 날씨를 예측한다. 예측된 결과값은 충전제어모듈(461)로 출력된다.
이와 같은 예측모듈(462)은 실시간 기상정보의 수신이 어려울 경우에 수년간 동일 지역의 기상 빅데이터를 통하여 내일의 날씨를 예측한다.
통신제어모듈(463)은 서버와 유무선 통신을 수행하여 서버로부터 실시간 또는 주기적으로 기상정보를 수신할 수 있다.
여기서 충전제어모듈(461)은 서버와 통신 가능하여 기상정보가 수신되면, 수신된 내일의 기상정보를 우선하여 오늘의 충전량을 제어하고, 서버와 통신이 되지 않을 경우에 예측모듈(462)의 결과값을 이용하여 오늘의 충전량을 제어한다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 도 15와 도 16을 참조하여 본 발명에 따른 배터리(410) 수명을 연장할 수 있는 가로등의 배터리(410) 충전 방법을 설명한다.
도 15는 본 발명에 따른 가로등의 배터리 충전 방법을 도시한 순서도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명은 통신 가능 여부를 감지하는 S110 단계와, 통신 가능하면 기상정보를 수신하는 S120 단계와, 내일 날씨가 설정된 일조량 및/또는 시간이 가능한지를 확인하는 S130 단계와, 설정된 일조량 및/또는 시간이 확보되면 배터리(410)를 A조건으로 충전하는 S140 단계와, 통신 가능하지 않으면 빅데이터를 로드하는 S150 단계와, 빅데이터를 통하여 예측값을 산출하는 S160 단계와, 우기 여부를 감지하는 S170 단계와, B조건으로 배터리(410)를 충전하는 S180 단계와, C 조건으로 배터리(410)를 충전하는 S190 단계를 포함할 수 있다.
S110 단계는 제어부(460)가 서버와의 통신 가능 여부를 감지하는 단계이다. 통신제어모듈(463)은 통신부(450)를 통하여 서버를 호출하여 통신 가능 여부를 감지할 수 있다.
S120 단계는 제어부(460)가 서버에 기상정보를 요청 및/또는 수신하는 단계이다. 통신제어모듈(463)은 통신부(450)를 제어하여 기상정보를 요청한다. 여기서 기상정보는 내일 기상정보와 금일 기상 정보와 속보 중 하나 이상이 포함될 수 있다.
S130 단계는 제어부(460)가 기상정보를 수신하여 내일의 배터리(410)를 충전할 수 있는 일조량 또는 시간을 확보할 수 있는 지를 산출하는 단계이다. 예를 들면, 제어부는 내일 날씨가 맑음, 또는 흐림, 비, 눈, 오후 부터 흐림 과 같은 기상 정보를 확인할 수있다.
S140 단계는 제어부(460)가 기상정보를 통하여 산출된 결과를 통하여 일조량 및/또는 시간의 확보가 가능하다면 설정된 A 조건으로 배터리(410)를 충전하는 단계이다. 여기서 제어부(460)는 예를 들면, 내일 날씨가 맑음을 유지하여 배터리(410)가 100% 충전될 수 있는 일조량 및 시간이 확보될 수 있다면, 금일 배터리(410)가 100% 미만으로 충전하도록 배터리(410)의 충전을 제어한다. A조건은 20~80%로 중에서 선택될 수 있다.
여기서 제어부(460)는 내일의 날씨가 일조량 및/또는 시간이 부족할 것으로 예측되면, S160 단계를 진행하여 B 조건으로 배터리(410)를 충전한다.
S150 단계는 제어부(460)가 서버와의 통신이 차단됨을 감지하여 저장된 빅데이터를 로드하는 단계이다.
S160 단계는 제어부(460)가 빅데이터를 통하여 해당 위치에 날씨를 예측할 수 있는 예측값을 산출하는 단계이다. 여기서 예측값은 센서부(430)의 감지정보(위성좌표, 현재 시간, 현재 날짜)와 융합되어 산출되며, 누적된 동일 기간 내의 수년간 날씨 정보를 통하여 산출된다.
S170 단계는 제어부(460)가 예측값을 통하여 내일의 날씨가 흐림, 맑음 또는 건기, 우기 여부를 감지하는 단계이다.
S180 단계는 제어부(460)가 예측값을 통하여 내일의 날씨가 흐림, 또는 우기일 경우에 B 조건으로 배터리(410)를 충전시키는 단계이다.
예를 들면, 제어부(460)는 상술한 바와 같이 배터리(410)가 100% 충전되면 배터리(410)의 화학성분에 손상이 가기에 내일의 날씨에 따라 금일 배터리(410) 충전율을 제어한다. 따라서 제어부(460)는 내일의 날씨가 우기 또는 흐림 날씨로 예측되어 배터리(410)가 100% 충전이 어려운 날씨라면, 금일 충전율을 B 조건(예를 들면, 100% 또는 90~100%)로서 충전시켜 내일의 적은 일조량 및 시간에 대비한다.
S190 단계는 제어부(460)가 예측값을 통하여 건기 또는 맑음 날씨가 예상되면, C조건으로 배터리(410)를 충전하는 단계이다.
배터리(410)는 일조량 및 시간이 충분히 확보되면 100% 충전 가능하다. 따라서 제어부(460)는 배터리(410)가 100% 충전되는 것을 방지 또는 그 시간을 최소화할 수 있도록 금일 배터리(410)의 충전율을 C 조건(예를 들면, 20~80%, 80% 이하)로 충전하도록 제어한다.
즉, 본 발명은 내일의 날씨에 따라 금일 배터리(410)의 충전률을 제어하여 배터리(410)가 100% 충전되을 방지 또는 그 유지 시간을 최소화 하되, 조명부(100)가 전기 에너지가 부족하지 않도록 배터리(410)의 잔량을 유지하는 것을 특징으로 한다.
그리고 가로등(10)은 상술한 과정을 통하여 충전된 배터리(410)를 통하여 공급된 전원을 이용하여 설정된 시간동안 점등된 후 소등되어 상기와 같은 충전과정을 진행할 수 있다.
여기서 본 발명은 조명부(100)의 조명과정에서 과방전을 방지하고, 설정된 온도 범위 이내에서만 충전 가능하도록 제어할 수 있다. 이는 도 5를 참조하여 설명한다.
도 16은 가로등의 점등 과정을 도시한 순서도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명은 점등조건을 감지하는 S210 단계와, 점등하는 S220 단계와, 설정온도를 감지하는 S230 단계와, 설정 조건에 따라 디밍 제어하는 S2420 단계와, 소등 조건을 감지하는 S250 단계와, 소등하는 S260 단계와, 충전 온도를 감지하는 S270 단계와, 충전 온도가 감지되면 배터리(410)를 충전하는 S280 단계를 포함할 수 있다.
여기서 S270 단계와 S280 단계는 앞서 설명한 도 4의 과정에 포함될 수 있ㅇ으며, 상술한 조명 제어 과정으로 한정되는 것은 아니다.
S210 단계는 제어부(460)가 점등조건을 감지하는 단계이다. 여기서 점등조건은 시간, 주변의 온도, 조도 중 적어도 하나일 수 있다.
S220 단계는 제어부(460)가 점등 조건이 감지되면, 조명부(100)에 전원을 공급하여 점등하는 단계이다. 여기서 제어부(460)는 조명부(100)를 설정된 조건에 따라 단계별로 디밍 제어할 수 있다. 예를 들면, 1단계는 100%, 2단계는 90%, 3단계는 80%, 4단계는 90%, 5단계는 100%로서 각 단계별 밝기를 설정하고, 각 단계들은 시간대 및 순서가 선택적으로 적용될 수 있다.
S230 단계는 설정 온도 및/또는 충전량을 감지하는 단계이다.
S240 단계는 제어부(460)가 주변 온도가 설정온도(예를 들면, 10℃ 이하)와 충전량 중 적어도 하나가 감지되면, 배터리(410)의 과방전을 방지할 수 있도록 조명부(100)의 출력을 설정된 수치로 감소시키는 단계이다.
제어부(460)는 현재 조명부(100)의 밝기를 설정된 수치(예를 들면, 현재 단계에서 10~30% 감소) 만큼 낮춰서 배터리(410)의 과방전을 방지할 수 있다.
또한, 제어부(460)는 주변온도와 함께 배터리(410)의 충전량을 감지하여 가로등(10) 밝기를 제어하여 과방전을 방지한다.
여기서 조명부(100)의 밝기를 낮추는 정도는 주변 온도에 따라 다르게 설정됨도 가능하다.
S250 단계는 소등 조건을 감지하는 단계이다.
S260 단계는 제어부(460)가 조명부(100)를 소등시키는 단계이다. 제어부(460)는 소등조건이 감지되면, 배터리(410)와 조명부(100) 사이의 전원라인을 차단하여 조명부(100)를 소등한다.
S270 단계는 제어부(460)가 충전온도를 감지하는 단계이다. 예를 들면, 제어부(460)는 일출 시간 이후에 주변온도를 감지하여 배터리(410)의 충전 여부를 결정할 수 있다.
S280 단계는 제어부(460)가 주변 온도가 충전온도에 해당되면, 배터리(410)를 충전시키는 단계이다. 예를 들면, 배터리(410)는 저온 및 고온에서 충전할 경우에 충전율이 떨어짐과 동시에 손상의 위험이 있어 일반적으로 공지된 같이 10~35℃ 이내의 온도에서 충전하는 것이 바람직하다.
따라서 제어부(460)는 주변 온도를 통하여 일출 이후 온도가 충전온도로 상승되면 배터리(410)의 충전을 개시한다.
이와 같은 충전온도에 따른 배터리(410)의 충전은 상술한 기상정보와 함께 적용될 수 있다.
따라서 본 발명은 기상 정보와, 주변 온도를 통하여 배터리(410)의 손상이 방지되는 범위 내에서 배터리(410)의 충전율을 유지 및 충전을 진행함에 따라 배터리(410) 수명을 연장할 수 있다.

Claims (5)

  1. 복수의 LED 모듈이 병렬 연결된 조명부;
    조명부에 전원을 공급하는 전원부; 및
    각 LED 모듈의 전류값을 감지하고, 평균 전류값 또는 설정 전류값과 편차가 발생된 LED 모듈을 PWM 제어하여 전류값을 조절하여 LED 모듈들이 균일한 전류값을 유지하도록 제어하는 전류 균등 제어부; 를 포함하고,
    조명부는
    LED 모듈의 전원 라인을 스위칭하는 스위칭 소자를 포함하고,
    전류 균등 제어부는 전류값의 편차에 따라 듀티비를 가변하여 스위칭 소자를 제어하는 것; 을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 조명부는
    스위칭 소자의 입력과 출력측에 연결되는 내부 다이오드; 를 더 포함하고,
    내부 다이오드는
    스위칭 소자가 오프되었을 때 통전되어 전류량에 따른 다이오드의 전압특성곡선에 의한 전압으로 전력값을 증가시키는 것; 을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 조명부는
    스위칭 소자의 입력측과 출력측 사이의 외부에 연결되는 외부 저항; 을 더 포함하고,
    전류 균등 제어부는
    스위칭 소자가 오프될 때, 외부 저항에 걸리는 전압값을 통해 전류값을 측정하는 것; 을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 조명부는
    스위칭 소자의 입력측과 출력측 사이의 외부에 연결되는 하나 이상의 외부 다이오드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 자연 에너지를 이용하여 발전된 전기에너지를 전원부에 공급하는 전원 충전 부재; 를 더 포함하고,
    전원 충전 부재는
    자연 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전부;
    발전부에서 발전된 전기 에너지를 충전하는 배터리;
    주변의 온도와, 조도, 일조량, 바람의 세기, 시간, 배터리의 충전율, 발전부의 발전량 중 적어도 하나 이상을 감지하는 센서부;
    일간, 주간, 월간, 년간 기상정보가 저장되는 저장부;
    서버로부터 일간, 주간, 월간, 년간 기상 정보를 실시간 또는 주기적으로 수신하는 통신부;
    내일의 날씨와 현재 계절 중 적어도 하나를 고려하여 조명부가 8시간 이상 조명이 가능한 충전율을 유지할 수 있도록 발전부 및 배터리를 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    제어부는
    내일의 일조량이 4~8시간 예상되고, 현재 계절이 건기로서 맑은 날씨가 연속해서 이루어지는 계절이라면 배터리를 50%의 충전율로 유지하거나, 현재 계절이 우기이면 80%로 배터리를 충전하고,
    내일의 일조 시간이 4 시간 미만이 예측되고, 현재 계절이 건기에 해당되면 80~90%로 배터리를 충전시키는 것; 을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템.
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